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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand die Herstellung
integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung
von Transistoren mit verformten Kanalgebieten, die durch verspannte
Deckschichten hervorgerufen werden, wobei Material von Abstandselementen
teilweise entfernt wird, nachdem die Drain- und Sourcegebiete gebildet
sind, um das Leistungsverhalten von Feldeffekttransistoren mit sehr
geringen Abmessungen zu verbessern.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Während der
Herstellung integrierter Schaltungen werden eine große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Feldeffekttransistoren, auf einer vorgegebenen
Chipfläche
gemäß einer
spezifizierten Schaltungsanordnung gebildet. Im Allgemeinen werden
eine Vielzahl von Prozesstechnologien aktuell eingesetzt, wobei
für komplexe
Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips und dergleichen, die
CMOS-Technologie die vielversprechendste Vorgehensweise auf Grund
der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit
und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Während der
Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der
CMOS-Technologie werden Millionen komplementärer Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren
und p-Kanaltransistoren, auf
einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht
aufweist. Ein MOS-Transistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder
ein p-Kanaltransistor
betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die
durch eine Grenzfläche
stark dotierter Drain- und Sourcegebiete gebildet sind, wobei ein
invers dotiertes Kanalgebiet zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet
angeordnet ist. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets, d. h. das Durchlassstromvermögen des leitenden Kanals, wird
durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem Kanalgebiet ausgebildet
und davon durch eine dünne
isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim
Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten
Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration,
der Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene
Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrich tung – von dem
Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch
als Kanallänge
bezeichnet wird. Somit bestimmt in Verbindung mit der Fähigkeit,
rasch einen leitenden Kanal unter der isolierenden Schicht beim
Anliegen der Steuerspannung an der Gateelektrode aufzubauen, die
Leitfähigkeit
des Kanalgebiets als ein wichtiger Faktor das Leistungsverhalten
der MOS-Transistoren. Somit ist die Verringerung der Kanallänge – und damit
verknüpft
die Verringerung des Kanalwiderstands – ein wichtiges Entwurfskriterium,
um eine Erhöhung
der Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungen zu erreichen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt im Hinblick auf das Leistungsverhalten
von Transistoren mit sehr kleinen Abmessungen ist die Leitfähigkeit
der Gateelektrode, die häufig
in Form einer Polysiliziumleitung vorgesehen wird, deren elektrische
Leitfähigkeit
im Wesentlichen verbessert wird, indem ein Metallsilizid in dem
Polysiliziummaterial gebildet wird.
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Die
Verringerung der Transistorabmessungen zieht jedoch eine Reihe damit
verknüpfter
Probleme nach sich, die es zu lösen
gilt, um nicht die Vorteile, die durch das stetige Verringern der
Kanallänge
von MOS-Transistoren erreicht werden, unerwünscht aufzuheben. Ein wichtiges
Problem in dieser Hinsicht ist die Entwicklung moderner Photolithographie-
und Ätzstrategien,
um damit zuverlässig
und reproduzierbar Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen,
etwa die Gateelektrode der Transistoren, für jede neue Bauteilgeneration
zu erzeugen. Des weiteren sind sehr anspruchsvolle Dotierstoffprofile
in der vertikalen Richtung und auch in der lateralen Richtung in
den Drain- und Sourcegebieten erforderlich, um den geringen Schichtwiderstand
und Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer gewünschten
Kanalsteuerbarkeit zu erreichen. Des weiteren repräsentiert
auch die vertikale Position der pn-Übergänge in Bezug auf die Gateisolationsschicht ein
wichtiges Entwurfskriterium im Hinblick auf die Kontrolle der Leckströme. Somit
erfordert das Verringern der Kanallänge auch das Reduzieren der
Tiefe von Bereichen der Drain- und Sourcegebiete im Bezug auf die
Grenzfläche,
die durch die Gateisolationsschicht und das Kanalgebiet gebildet
ist, wodurch anspruchsvolle Implantationstechniken erforderlich sind.
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Unabhängig von
der eingesetzten Technologie sind anspruchsvolle Techniken zur Herstellung von
Abstandshaltern erforderlich, um das sehr komplexe Dotierstoffprofil
zu erzeugen und um als eine Maske bei der Herstellung von Metallsilizidgebieten in
der Gateelektrode und den Drain- und Sourcegebieten in einer selbstjustierten
Weise zu dienen. Da die ständige
Größenreduzierung
der kritischen Abmessungen, d. h. die Gatelänge der Transistoren, die Anpassung
und möglicherweise
die Neuentwicklung von Prozessverfahren im Hinblick auf die oben
genannten Prozessschritte erfordert, wurde vorgeschlagen, das Bauteilleistungsverhalten
der Transistorelemente auch zu verbessern, indem die Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet für
eine vorgegebene Kanallänge
erhöht
wird. Im Prinzip können mindestens
zwei Mechanismen in Kombination oder separat eingesetzt wenden,
um die Beweglichkeit der Ladungsträger in dem Kanalgebiet zu erhöhen. Erstens,
die Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet kann reduziert werden,
wodurch Streuereignisse für die
Ladungsträger
verringert werden und damit die Leitfähigkeit erhöht wird. Das Reduzieren der
Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet beeinflusst jedoch signifikant
die Schwellwertspannung des Transistorbauelements, wodurch eine
Verringerung der Dotierstoffkonzentration ein wenig attraktiver
Ansatz ist, sofern nicht andere Mechanismen verfügbar sind, um die gewünschte Schwellwertspannung
einzustellen. Zweitens, die Gitterstruktur in dem Kanalgebiet kann
modifiziert werden, indem beispielsweise eine Zugverformung oder
eine Druckverformung hervorgerufen werden, die zu einer modifizierten
Beweglichkeit für
Elektronen und Löcher
führt.
Beispielsweise erhöht
das Erzeugen einer Zugverformung in dem Kanalgebiet, das in einem
Siliziumgebiet mit einer standardmäßigen Kristallorientierung
hergestellt ist, d. h. die Oberfläche ist eine (100) äquivalente
Ebene und die Kanallänge
ist entlang einer <110> äquivalenten Achse angeordnet,
die Beweglichkeit von Elektronen, was sich wiederum direkt in einem
entsprechenden Anstieg der Leitfähigkeit
und damit des Transistorleistungsverhaltens ausdrückt. Andererseits
erhöht
eine kompressive Verspannung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit
von Löchern,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, das Leistungsverhalten von p-Transistoren zu verbessern.
Folglich wurde vorgeschlagen, beispielsweise eine Silizium/Germanium-Schicht
oder eine Silizium/Kohlenstoffschicht in oder unter dem Kanalgebiet
einzubauen, um damit eine Zugverspannung oder Druckverspannung hervorzurufen.
Obwohl das Transistorleistungsverhalten durch das Einführen von
verspannungserzeugenden Schichten in oder unter dem Kanalgebiet
deutlich verbessert werden kann, sind beträchtliche Aufwendungen erforderlich,
um die Sequenz zur Herstellung der entsprechenden Verspannungsschichten
in die konventionelle und gut erprobte CMOS-Technologie einzubinden.
Z. B. müssen
zusätzliche
epitaktische Wachstumsverfahren entwickelt und in den Prozessablauf
eingebunden werden, um damit die germanium- oder kohlenstoffenthaltenden
Verspannungsschichten an geeigneten Stellen in oder unter dem Kanalgebiet
auszubilden. Somit wird die Prozesskomplexität deutlich erhöht, wodurch auch
die Herstellungskosten ansteigen und die Gefahr einer Verringerung
der Produktionsausbeute anwächst.
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Eine
weitere vielversprechende Vorgehensweise ist das Erzeugen einer
Verspannung in der isolierenden Schicht, die nach dem Fertigstellen
der Transistorelemente hergestellt wird, um die Transistoren einzuhüllen und „zu passivieren", in der Metallkontakte
ausgebildet werden, um die elektrisch Verbindung zu den Drain/Source-Gebieten
und der Gateelektrode der Transistoren herzustellen. Typischerweise
enthält
diese Isolierschicht mindestens eine Ätzstoppschicht oder Beschichtung
und eine weitere dielektrische Schicht, die selektiv in Bezug auf
die Ätzstoppschicht
oder Beschichtung geätzt
wird. Im Folgenden wird die dielektrische Schicht als ein dielektrisches
Zwischenschichtmaterial und die Ätzstoppschicht
wird als eine Kontaktätzstoppschicht bezeichnet.
Um einen effizienten Verspannungsübertragungsmechanismus in das
Kanalgebiet des Transistors zu erreichen, um darin eine Verformung
hervorzurufen, muss die Kontaktätzstoppschicht,
die in der Nähe
des Kanalgebiets angeordnet ist, möglichst nahe an das Kanalgebiet
herangeführt
werden. Auf Grund der komplexen Dotierstoffprofile, die typischerweise
in modernsten Transistoren erforderlich sind, wird eine anspruchsvolle
Abstandshalterstruktur typischerweise vorgesehen, die drei oder
mehr einzelne Abstandshalterelemente enthalten, die als Implantationsmasken
in jeweiligen Implantationsschritten zum geeigneten Positionieren
der Dotierstoffe in dem Drain- und Sourcegebiet auf der Grundlage
geeigneter Implantationsparameter verwendet werden. Eine Technik
unter Anwendung dreier einzelner Abstandshalterelemente zum Definieren
der Dotierstoffprofile in den Drain- und Sourcegebieten wird im
Weiteren als ein Drei-Abstandshalter-Ansatz bezeichnet.
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In
sehr größenreduzierten
Transistorarchitekturen kann der Leistungszuwachs, der durch verformungsinduzierende
Quellen und die Verringerung der Gesamttransistorabmessungen erreicht
wird, jedoch kleiner als gewünscht
sein auf Grund diverser Probleme, die mit der weiteren Bauteilgrößenreduzierung
verknüpft
sind, wie dies mit Bezug zu den 1a und 1b detaillierter
beschrieben ist.
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1a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 100 mit einem ersten
Transistor 150a und einem zweiten Transistor 150b,
die Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitsart repräsentieren
können, oder
andere benachbarte Transistoren, die einen Abstand 150d besitzen,
der ungefähr
einige 100 nm oder deutlich weniger, etwa 100 nm oder weniger, betragen
kann, wenn modernste Halbleiterbauelemente betrachtet werden. Die
Transistoren 150a, 150b sind über einem Substrat 101 ausgebildet,
etwa ein Siliziumvollsubstrat oder ein SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrat,
abhängig
von der Bauteilkonfiguration. Des weite ren ist eine siliziumbasierte
Halbleiterschicht 102 über
dem Substrat 101 ausgebildet und kann Isolationsstrukturen
(nicht gezeigt) aufweisen, die zum Definieren aktiver Gebiete verwendet
werden, d. h. von Gebieten, die geeignete Dotierstoffkonzentrationen
zum Strukturieren der Leitfähigkeit
des Siliziumbasismaterials in einer erforderlichen Weise erhalten.
Wie gezeigt, kann die siliziumbasierte Schicht 102 Drain-
und Sourcegebiete 151a, 151b mit einem komplexen
lateralen und vertikalen Konzentrationsprofil aufweisen, um damit
die Steuerbarkeit eines entsprechenden Kanalgebiets 152 zu
verbessern, einen insgesamt geringen Gesamtwiderstand zu bewahren,
Leckströme
zu reduzieren und dergleichen. Abhängig von der Leitfähigkeitsart
der Transistoren 150a, 150b werden die Drain-
und Sourcegebiete 151a, 151b auf der Grundlage
von p-Dotiermitteln bzw. n-Dotiermitteln hergestellt. Die Transistoren 150a, 150b umfassen
ferner eine Gateelektrode 153, die in dem gezeigten Fertigungsstadium typischerweise
aus Polysilizium aufgebaut ist und die auf einer Gateisolationsschicht 154 hergestellt
ist, die die Gateelektrode 153 von einem Kanalgebiet 152 trennt.
Die Gateisolationsschicht 154 kann auf Grundlage von Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, und dergleichen hergestellt sein,
wobei eine Dicke der Gateisolationsschicht 154 für siliziumdioxidbasierte
Materialien nunmehr 2 nm und weniger erreicht hat, was nahe an den
physikalischen Grenzen für
die Dicke eines Gatedielektrikums liegt, das auf Siliziumdioxid
basiert, wenn entsprechende statische Leckströme betrachtet werden. Somit
können andere
Mechanismen zum Verbessern der Kanalsteuerbarkeit erforderlich sein,
etwa das Erhöhen
der Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet 152, sofern nicht geeignete dielektrische
Materialien mit einer moderat hohen Permittivität sich als zuverlässige Kandidaten
für das
Ersetzen von siliziumdioxidbasierten Materialien erweisen. Die Gateelektroden 153 besitzen
an Seitenwänden
davon eine Abstandshalterstruktur 155, die in dem gezeigten
Beispiel eine Dreifach-Abstandshalter-Struktur ist mit einem Offset-
bzw. Versatzabstandshalter 155a, der aus Siliziumdioxid
aufgebaut ist, einem ersten Abstandshalterelement 155b und
einem zweiten Abstandshalterelement 155c, die typischerweise
aus Siliziumnitrid aufgebaut sind. Des weiteren umfasst die Abstandshalterstruktur 155 ein
Beschichtungsmaterial, etwa eine Siliziumdioxidbeschichtung 155d,
die das erste und das zweite Abstandshalterelement 155b, 155c voneinander
trennt. In ähnlicher
Weise kann eine Beschichtung 155e zwischen dem Versatzabstandshalter 155a und
dem ersten Abstandshalter 155b vorgesehen sein.
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Das
Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage gut etablierter
Prozessverfahren hergestellt werden, wozu die Bildung von Isolationsstrukturen
(nicht gezeigt) gehört,
gefolgt von geeigneten Implantationstechniken zum Definieren einer
gewünschten
vertikalen Do tierstoffverteilung innerhalb und unter den Kanalgebieten 152 anschließen. Danach
kann die Gateisolationsschicht 154 in Verbindung mit der
Gateelektrode 143 auf der Grundlage moderner Oxidations-
und/oder Abscheideverfahren hergestellt werden, wenn ein siliziumdioxidbasiertes Material
für die
Schicht 154 betrachtet wird, woran sich das Abscheiden
eines geeigneten Gateelektrodenmaterials, etwa Polysilizium, anschließt. Als nächstes werden
das Gateelektrodenmaterial und die Gateisolationsschicht auf der
Grundlage moderner Lithographie- und Ätzverfahren strukturiert, so dass
eine Länge
der Gateelektrode 153 im Bereich von 50 nm oder weniger
erhalten wird, wobei auch der Abstand zwischen benachbarten Gateelektroden 153 auf
ungefähr
200 nm oder weniger in dicht gepackten Bauteilbereichen eingestellt
wird, wie dies zuvor erläutert
ist. Als nächstes
wird ein Teil der Abstandshalterstruktur 155, d. h. der
Versatzabstandshalter 155a, mit einer geeigneten Abstandshalterbreite
gebildet, um damit in Verbindung mit der Gateelektrode 153 als
eine Implantationsmaske zum Definieren eines Teils der Drain- und
Sourcegebiete 151a, 151b zu dienen. Der Versatzabstandshalter 155a kann
durch das Abscheiden eines Siliziumdioxidmataerials in einer sehr
konformen Weise und nachfolgendem Ausführen eines selektiven plasmagestützten Ätzprozesses
unter Anwendung gut etablierter Ätzchemien
hergestellt werden, wobei die Ätzparameter
so eingestellt werden, dass ein hohes Maß an Anisotropie erreicht wird.
Danach können
entsprechende Im plantationsprozesse ausgeführt werden, beispielsweise
um die siliziumbasierte Schicht 102 bis zu einer spezifizierten
Tiefe hinab zu amorphisieren, zum Einbau der speziellen Art an Dotierstoffsorten
zum Definieren eines flachen Bereichs der Drain- und Sourcegebiete 151a, 151b und
zum Erhöhen
der Konzentration der Dotierstoffe der entgegengesetzten Leitfähigkeitsart
in Bezug auf die Drain- und Sourcegebiete 151a, 151b,
um damit den entsprechenden Dotierstoffgradienten zum Definieren
moderat abrupter pn-Übergänge steiler
zu machen. Als nächstes
wird das Beschichtungsmaterial 155e durch Abscheiden einer
Siliziumdioxidschicht gebildet, woran sich das Abscheiden eines
Siliziumnitridmaterials mit einer spezifizierten Dicke anschließt, und
nachfolgend ein sehr anisotroper Ätzprozess unter Anwendung einer Ätzchemie
ausgeführt
wird, die eine hohe Ätzselektivität zwischen
dem Beschichtungsmaterial und dem Abstandshaltermaterial aufweist.
Nach dem anisotropen Ätzprozess
werden die ersten Abstandshalterelemente 155b erhalten
und können
dann als eine effiziente Implantationsmaske zum Ausführen eines
weiteren Implantationsprozesses dienen, um Dotierstoffsorten mit
geeigneten ausgewählten
Implantationsparametern, etwa der Energie und der Dosis, einzuführen, um
somit die gewünschte
Eindringtiefe und Konzentration zu erreichen. Danach kann die Sequenz
wiederholt werden, um das zweite Abstandshalterelement 155c zu
bilden, um damit die endgültige
Dotierstoffkonzentration der Drain- und Sourcegebiete 151a, 151b einzustellen.
Dazwischen oder nach dem gesamten Implantationsprozess können geeignete
Ausheizprozesse ausgeführt
werden, um das Material in den Drain- und Sourcegebieten 151a, 151a zu
rekristallisieren und die implantierten Dotierstoffatome zu aktivieren. Wie
zuvor erläutert
ist, kann unter Anwendung der Dreifach-Abstandshalterstruktur 155 das
Drain- und Sourcegebiet 151a, 151b in vertikaler
und lateraler Richtung so geformt werden, dass ein gewünschtes hohes
Leistungsverhalten der Transistoren 150a, 150b erreicht
wird. Wie zuvor erläutert
ist, kann eine zusätzliche
Leistungssteigerung erreicht werden, indem eine gewisse Art an Verformung
in den Kanalgebieten 152 erzeugt wird, beispielsweise indem
ein sehr stark verspanntes Material über den Transistoren 150a, 150b vorgesehen
wird, wobei die Größe der Verformung
von dem Betrag eines inneren Verspannungspegels des jeweiligen Materials
abhängt.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer ersten
verspannten dielektrischen Schicht 103a, die eine Kontaktätzstoppschicht über dem
ersten Transistor 150a repräsentiert, während eine zweite Kontaktätzstoppschicht 103b mit
einer hohen inneren Verspannung über
dem zweiten Transistor 150b hergestellt ist. In dem gezeigten
Beispiel besitzt die Schicht 103a eine hohe kompressive Verspannung,
um damit eine entsprechende kompressive Verformung in dem Kanalgebiet 152 des Transistors 150a hervorzurufen.
In ähnlicher
Weise erhält
der Transistor 150b eine Zugverformung, die durch eine
hohe innere Zugverspannung der Schicht 103b hervorgerufen
wird. Des weiteren enthalten die Transistoren 150a, 150b Metallsilizidgebiete 105,
die auf den Drain- und Sourcegebieten 151a, 151b gebildet
sind, und Metallsilizidgebiete 104, die auf der Gateelektrode 153 gebildet
sind. Typischerweise können
die Metallsilizidgebiete 104, 105 in einer gemeinsamen
Prozesssequenz, z. B. auf der Grundlage von Kobalt, Nickel, und
dergleichen, hergestellt werden, indem eine Metallschicht abgeschieden
und eine chemische Reaktion in Gang gesetzt wird, während welcher
die Abstandshalterstruktur 155 ein im Wesentlichen unbeteiligtes
Verhalten aufweist, so dass nicht reagiertes Metall effizient von
der Abstandshalterstruktur 155 entfernt werden kann, wodurch
im Wesentlichen das Erzeugen unerwünschter leitender Pfade zwischen
den Metallsilizidgebieten 104 und 105 vermieden
wird. Danach können
die Ätzstoppschichten 103a, 103b auf
der Grundlage gut etablierter Abscheide- und Strukturierungsverfahren
hergestellt werden, beispielsweise unter Anwendung von Siliziumnitridmaterial,
das in effizienter Weise durch plasamgestützte CVD mit einem gewünsch ten
hohen inneren Verspannungspegel abgeschieden werden kann. Anschließend wird
ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial abgeschieden, etwa Siliziumdioxid,
das dann so strukturiert werden kann, dass es entsprechende Kontaktöffnungen
erhält,
die sich bis zu dem Metallsilizidgebieten 105 erstrecken.
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Somit
kann für
geringere Abstände 150d die Menge
des verspannten Materials der Schichten 103a, 103b auf
Grund der Beschränkungen
des Spaltfüllvermögen der
jeweiligen Strukturierungssequenz zur Herstellung der Verspannungsschichten 103a, 103b beschränkt sein.
Ferner kann der Verspannungsübertragungsmechanismus,
der durch die Schichten 103a, 103b hervorgerufen
wird, auf Grund der nachfolgenden Herstellung der Kontaktöffnungen
beeinträchtigt
sein, da die jeweiligen Öffnungen
einen deutlichen Anteil des verspannten dielektrischen Materials
in dicht gepackten Bauteilbereichen ersetzen. Somit kann für stark
größenreduzierte Halbleiterbauelemente
die Effizienz des Verspannungsübertragungsmechanismus
deutlich beeinträchtigt
sein. Wie ferner zuvor erläutert
ist, ist ein wichtiger Faktor für
das gesamte Transistorleistungsverhalten der Gatereihenwiderstand,
der stark von der Leitfähigkeit
und der Dicke des Metallsilizidgebiets 104 abhängt. Somit
wird für
eine reduzierte Kanallänge
die Gesamtmenge des Metallsilizid in dem Gebiet 104 ebenfalls
verringert, wodurch der Reihenwiderstand der Gateelektrode 153 ansteigt,
was zu größeren Schaltzeiten
und damit zu einem reduzierten Transistorleistungsverhalten für moderne
Logikbauelemente führt.
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Angesichts
dieser Situation wurde vorgeschlagen, einen Teil der Abstandshalterstruktur 155 vor
dem Ausführen
des Silizidierungsprozesses zu entfernen, um damit zumindest die
Menge des Metallsilizids in den Gebieten 105 zu erhöhen und
die Möglichkeit
zu schaffen, eine größere Menge
des hochverspannten Materials in der Nähe des Kanalgebiets 152 zu
positionieren, so dass die Ausbildung der Kontaktöffnungen
einen weniger ausgeprägten Effekt
auf den gesamten Verspannungsübertragungsmechanismus
ausübt.
Jedoch können
die Bauelemente dennoch durch einen erhöhten Reihenwiderstand der Gateelektrode
beeinträchtigt
sein. In anderen Lösungen
wird eine reduzierte Abstandshalterstruktur 155, beispielsweise
durch Weglassen des zweiten Abstandselements 155c zur Verringerung der
Gesamtprozesskomplexität
vorgeschlagen, wobei dies unter Umständen keine akzeptable Vorgehensweise
für moderne
Anwendungen ist, da die Dotierstoffprofilierung, die durch die Dreifach-Abstandshalterstruktur 155 erreicht
wird, zu einem verbesserten Transistorleis tungsverhalten im Vergleich
zu dem Dotierstoffprofil führt,
das auf der Grundlage einer weniger komplexen Abstandshalterstruktur
erhalten wird.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Verfahren und Halbleiterbauelemente, die darauf abstellen, die Wirkungen
eines oder mehrerer der oben genannten Probleme zu vermeiden oder
zumindest zu reduzieren.
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Überblick über die vorliegende Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Halbleiterbauelemente
und Verfahren zur Herstellung dieser Elemente, wobei eine komplexe
Abstandshalterstruktur während
des Bildens der Drain- und Sourcegebiete eingesetzt wird, und wobei vor
dem Herstellen von Metalisilizidgebieten ein wesentlicher Teil der
Abstandshalterstruktur in einer sehr gut steuerbaren Weise entfernt
wird, um damit Bereiche der Seitenwand der Gateeelektrode freizulegen,
die dann für
den Silizidierungsprozess verfügbar
sind. Auf Grund der besseren Steuerbarkeit des entsprechenden Materialabtragungsprozesses
kann ein hohes Maß an
Prozessgleichmäßigkeit
erreicht werden, wobei auch ein gut definierter Bereich der Abstandshalterstruktur
beibehalten wird, um damit als eine Silizidierungsmaske zur Vermeidung
von Kurzschlüssen
zwischen der Gateelektrode und den Drain- und Sourcegebieten zu
dienen. Andererseits kann ein deutlich geringerer Gatereihenwiderstand erreicht
werden, indem der Oberflächenbereich
der Gateelektrode in gut steuerbarer Weise zur Herstellung eines
Metallsilizids erhöht
wird. Während
des steuerbaren Abtragens eines wesentlichen Teils der Abstandshalterstruktur
kann ein äußerstes
Abstandshalterelement im Wesentlichen vollständig entfernt werden, während ein
inneres Abstandshalterelement in steuerbarer Weise auf Grund der
deutlich geringeren Ätzrate
reduziert wird, so dass die Größe der endgültigen größenreduzierten
Abstandshalterstruktur durch Einstellen der Ätzzeit gesteuert werden kann.
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Ein
hierin offenbartes anschauliches Verfahren umfasst das Bilden eines
Transistorelements mit einer Gateelektrodenstruktur, die an ihrer
Seitenwand eine Abstandshalterstruktur aufweist, die mindestens
ein erstes Abstandshalterelement und ein zweites Abstandshalterelement
aufweist, die im Wesentlichen aus dem gleichen Material aufgebaut
sind, wobei das erste Abstandshalterelement lateral zwischen der
Gateelektrodenstruktur und dem zweiten Abstandshalterelement gebildet
ist und wobei die Abstandshalterstruktur ein Beschichtungsmaterial
enthält,
das das erste und das zweite Abstandshalterelement voneinander trennt.
Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen eines oberen Bereichs
des ersten und des zweiten Abstandshalterelements und des Beschichtungsmaterials
in einem gemeinsamen Abtragungsprozess, um damit den Oberseitenbereich
des ersten Abstandshalterelements freizulegen. Ferner werden das
zweite Abstandshalterelement und Material des ersten Abstandshalterelements
in einem selektiven Ätzprozess
entfernt, um damit ein größenreduziertes
erstes Abstandshalterelement zu bilden. Schließlich werden Metallsilizidgebiete
in der Gateelektrodenstruktur und den Drain- und Sourcegebieten
des Transistors auf der Grundlage des größenreduzierten ersten Abstandshalterelements
hergestellt.
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Ein
noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst
das Bilden eines ersten Abstandshalterelements lateral benachbart
zu einer Gateelektrode eines Transistors. Ein Beschichtungsmaterial
wird auf dem ersten Abstandshalterelement gebildet und ein zweites
Abstandshalterelement wird auf dem Beschichtungsmaterial hergestellt.
Ferner umfasst das Verfahren das Bilden einer Opfermaterialschicht über der
Gateelektrode und dem ersten und dem zweiten Abstandshalterelement
und Entfernen der Opfermaterialschicht durch Ausführen eines
ersten Ätzprozesses,
um das zweite Abstandshalterelement und einen Teil des ersten Abstandshalterelements
freizulegen. Des weiteren umfasst das Verfahren das Entfernen des
zweiten Abstandshalterelements und eines Teils des ersten Abstandshalterelements
in einem gemeinsamen zweiten Ätzprozess.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst einen
ersten Transistor mit einer Gateelektrode und einem Abstandshalterelement,
das lateral benachbart zu der Gateelektrode ausgebildet ist, um
einen Teil von Seitenwänden
der Gateelektrode freizulassen. Der erste Transistor umfasst ferner
Drain- und Sourcegebiete und ein Kanalgebiet, das in einem Halbleitermaterial
ausgebildet ist. Des weiteren ist Metallsilizid in den Drain- und Sourcegebieten
und einer Oberseite und den freigelassenen Seitenwandbereichen der
Gateelektrode ausgebildet. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement
eine erste Ätzstoppschicht
mit einem inneren Verspannungspegel, der gestaltet ist, eine erste
Art an Verformung in dem Kanalgebiet zur Erhöhung der Ladungsträgerbeweglichkeit
darin hervorzurufen. Ferner ist ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial über der
ersten Ätzstoppschicht
gebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sind in den angehängten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a und 1b schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit dichtliegenden
Transistorelementen zeigen, die auf der Grundlage eines Dreifach-Abstandshalterverfahrens
hergestellt sind, und die eine verspannte Kontaktätzstoppschicht
aufweisen, während
diverser Fertigungsphasen gemäß konventioneller
Herstellungstechniken;
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2a bis 2g schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit Transistorelementen
in dicht gepackten Bauteilbereichen während diverser Fertigungsphasen
zeigen, wobei anspruchsvolle Dotierstoffprofile auf der Grundlage mehrerer
Abstandshalterelemente gebildet werden, deren Größe in einer gut steuerbaren
Weise gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
dann deutlich reduziert wird; und
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3a und 3b schematisch
Querschnittsansichten von Transistorelementen zeigen, die auf der
Grundlage einer Dreifach-Abstandshaltertechnik hergestellt werden,
wobei ein oberer Bereich der Abstandshalterstruktur in einer steuerbaren
Weise entfernt wird, um das Abtragen des äußersten Abstandshalterelements
und eine Größenreduzierung eines
weiter innenliegenden Abstandshalterelements in einem gemeinsamen Ätzprozess
in gut steuerbarer Weise gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zu ermöglichen.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie es in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen offenbarten
anschaulichen Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vor liegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand verbesserte
Verfahren und Halbleiterbauelemente, in denen sehr anspruchsvolle
Dotierstoffprofile auf der Grundlage einer Abstandshalterstruktur
hergestellt werden, die mehrere einzelne Abstandshalterelemente
enthält,
etwa eine Dreifach-Abstandshalterstruktur, wodurch ein hohes Transistorleistungsvermögen beibehalten
wird, während
ein äußerstes
Abstandshalterelement entfernt wird, wobei auch ein inneres Abstandshalterelement in
seiner Größe in gut
steuerbarer Weise auf der Grundlage eines gemeinsamen Ätzprozesses
reduziert wird, um damit das Abscheiden eines größeren Anteils an stark verspanntem
dielektrischen Material zu ermöglichen.
Folglich kann durch effizientes Vergrößern des Abstands zwischen
den dicht gepackten Transistorelementen nach dem Bilden der komplexen
Dotierstoffprofils der Drain- und Sourcegebiete eine entsprechende
Kontaktöffnungsstruktur
dazwischen hergestellt werden, wobei eine nachteilige Auswirkung
auf den Verspannungsübertragungsmechanismus
stark verringert wird. Durch Entfernen eines wesentlichen Anteils
eines inneren Abstandshalterelements können Seitenwände der
Gateelektrode in effizienter Weise bis zu einem gewissen Grade freigelegt
werden, wobei dies durch die Restgröße des inneren Abstandshalterelements
bestimmt ist, wodurch eine größere Oberfläche für einen
nachfolgenden Silizidierungsprozess geshaffen wird, was zu einem
geringeren Reihenwiderstand der Gateelektrode führt. Zum Entfernen des äußersten
Abstandshalterelements bei gut steuerbarem Entfernen eines Teils
des inneren Abstandshalterelements wird ein oberer Bereich des inneren
Abstandshalterelements so freigelegt, dass eine Ätzumgebung eines sehr selektiven Ätzprozesses
das freiliegende äußerste Abstandshalterelement
angreifen kann, während
für eine
gewisse, jedoch deutlich geringere Ätzrate für das innere Abstandshalterelement
auf Grund des freiliegenden oberen Bereichs gesorgt wird. Folglich kann
die Größe des inneren
Abstandshalterelements in einer gut steuerbaren Weise auf Grund
der reduzierten Ätzrate
verringert werden, wodurch auch das Einstellen des Grades an Freilegen
von Seitenwandbereichen der Gateelektrode in einem nachfolgenden Ätzprozess
oder Reinigungsprozess vor dem Ausführen des Silizidierungsprozesses
ermöglicht
wird. In einigen anschaulichen Aspekten wird das gesteuerte Freilegen
eines oberen Bereichs des inneren Abstandshalterelements auf der
Grundlage einer Opfermaterialschicht erreicht, die nach der Abscheidung
in einer anschaulichen Ausführungsform
durch einen plasmagestützten Ätzprozess
entfernt wird, wodurch für
sehr gleichmäßige Prozessbedingungen
gesorgt wird. In anderen Fällen
wird das Opfermaterial alternativ oder zusätzlich mittels eines Polierprozesses abgetragen,
in welchem ebenfalls ein oberer Bereich der Abstandshalterstruktur
entfernt wird.
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Die
hierin offenbarten Ausführungsformen sind
daher sehr vorteilhaft im Hinblick auf stark größenreduzierte Halbleiterbauelemente
mit modernen Transistorelementen mit einer Gatelänge von ungefähr 50 nm
oder weniger, in denen das Transistorleistungsverhalten verbessert
wird, indem ein sehr stark verspanntes dielektrisches Material über dem
Transistorelement vorgesehen wird. Folglich kann in diesem Falle
ein anspruchsvolles Dotierstoffprofil in Verbindung mit einem effizienten
Verspannungsübertragungsmechanismus
zusammen mit einem geringeren Widerstand der Gateelektrode und auch
in dem leitenden Weg, der durch die Drain- und Sourcegebiete und
das Kanalgebiet gebildet ist, bereitgestellt werden. Ferner kann
in Bauteilbereichen mit einer hohen Integrationsdichte der Abstand
zwischen benachbarten Schaltungselementen, der in der abschließenden Phase
des Fertigungsschritts durch die Breite der jeweiligen Abstandshalterstruktur
bestimmt ist, in effizienter Weise verringert werden, wodurch auch
die Herstellung entsprechender Kontaktöffnungen verbessert wird, da
der Metallsilizidbereich, auf dem die Kontaktöffnungen „münden" sollen, erhöht ist, wobei auch die Menge
des verspannten dielektrischen Materials, das das Kontaktmetall umgibt,
erhöht
ist, wodurch die negative Auswirkung der Kontakte im Hinblick auf
die Verspannungsrelaxation verringert wird, da das Verhältnis zwischen verspanntem
dielektrischen Material und verspannungsrelaxierendem Metall größer ist.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die hierin offenbarten Prinzipien
auch vorteilhaft auf beliebige Transistorkonfigurationen anwendbar
sind, etwa moderne SOI-Transistoren, Vollsubstrattransistoren, Transistoren
mit anderen verformungsinduzierenden Mechanismen, etwa Transistoren
ist verformten oder relaxierten Halbleiterlegierungen in einem siliziumbasierten
aktiven Gebiet, und dergleichen. Daher sollten die hierin offenbarten
Ausführungsformen
nicht als auf eine spezielle Transistorkonfiguration eingeschränkt erachtet
werden, sofern diese nicht speziell in der Beschreibung und/oder
den angefügten
Patentansprüchen
dargelegt sind.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2g und 3a bis 3b werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeig
schematisch ein Halbleiterbauelement 200, das ein oder
mehrere Transistorelemente 250a, 250b aufweist.
Die Transistoren 250a, 250b können Transistoren unterschiedlicher
Leiffähigkeitsart,
etwa einen p-Kanaltransistor und einen n-Kanaltransistor, repräsentieren,
oder können ähnliche Transistoren
sein, die in einem speziellen Bauteilgebiet hergestellt sind, das
einzelne Transistoren mit größerem Abstand
dazwischen enthält,
während
in anderen Fällen
die Transistoren 250a, 250b dichtliegende Transistorelemente
repräsentieren
können. Das
Halbleiterbauelement 200 umfasst ein Substrat 201,
etwa ein Halbleitervollsubstrat mit einer darauf ausgebildeten geeigneten
Halbleiterschicht 202, die aus einem siliziumbasierten
Material aufgebaut sein kann, während
andere Komponenten, etwa Germanium, Kohlenstoff, Zinn, oder andere
geeignete Dotierstoffsorten ebenfalls vorhanden sein können. Die Halbleiterschicht 202 in
Verbindung mit dem Substrat 201 kann zumindest lokal eine
Vollsubstratkonfiguration bilden, d. h. die Halbleiterschicht 202 ist
in der vertikalen Richtung nicht isoliert, während in anderen Fällen zumindest
lokal die Schicht 202 und das Substrat 201 eine
SOI-Konfiguration repräsentieren
können,
in der eine vergrabene Isolierschicht (nicht gezeigt) eine Trennung
in der vertikalen Richtung bietet. In der lateralen Richtung können entsprechende
Isolationsstrukturen, etwa Garbenisolationen (nicht gezeigt) gewisse
aktive Bereiche definieren. Die Transistoren 250a, 250b besitzen
jeweilige Drain- und Sourcegebiete 251, 251b,
die sich in ihrer Leitfähigkeitsart,
der Art der Dotierstoffe, die zum Bilden der Drain- und Sourcgebiete 251a, 251b verwendet
wurden, und dergleichen unterscheiden können. Ferner können die
Transistoren 250a, 250b Gateelektroden 253 aufweisen,
die auf Gateisolationsschichten 254 gebildet sind, die
die Gateelektroden 253 von einem Kanalgebiet 252 trennen.
Eine Abstandshalterstruktur 255 ist an den Seitenwänden der
Gateelektroden 253 vorgesehen. Die Abstandshalterstruktur 255 umfasst
mehrere einzelne Abstandshalterelemente 255a, 255b und 255c und
Beschichtungsmaterialien 255e, 255f, die in der
gezeigten Ausführungsform
zusammen eine Dreifach-Abstandshalterstruktur bilden. In einer anschaulichen
Ausführungsform
sind die Abstandshalter 255b, 255c, die auch als
erster und zweiter Abstandshalter bezeichnet werden, aus im Wesentlichen
dem gleichen Material aufgebaut, während der innerste Platzabstandshalter 255a aus einem
anderen Material hergestellt ist. Es sollte beachtet werden, dass
die Abstandshalterstruktur 255 mehr als die Abstandshalterelemente 255a, 255b und 255c aufweisen
kann, wenn noch anspruchsvollere Profile für die Drain- und Sourcegebiete 251a, 251b erforderlich
sind.
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Das
in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage ähnlicher
Prozessverfahren hergestellt werden, wie sie zuvor mit Bezug zu
dem Bauelement 100 beschrieben sind. Somit wird eine entsprechend
Beschreibung hierzu weggelassen. Es sollte beachtet werden, dass
wenn eine komplexere Abstandshalterstruktur 255 erforderlich ist, eine
entsprechende Prozesssequenz mit der Abscheidung eines geeigneten
Beschichtungsmaterials, etwa den Beschichtungen 255e und 255f ausgeführt werden
kann, woran sich das Abscheiden eines geeigneten Abstandshaltermaterials
anschließt,
das dann auf der Grundlage eines anisotropen Ätzprozesses strukturiert werden
kann, wie dies zuvor beschrieben ist. Ferner sind in einer Ausführungsform das
erste und das zweite Abstandshalterelement 255b, 255c aus
Siliziumnitrid aufgebaut, während
die Beschichtungsmaterialien 255f, 255e auf der
Grundlage von Siliziumdioxid hergestellt sind, und auch der Versatzabstandshalter 255a kann
das Siliziumdioxid aufgebaut sein, wie dies zuvor auch mit Bezug
zu dem Bauelement 100 und der Abstandshalterstruktur 155 erläutert ist.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
sind der erste und der zweite Abstandshalter 255b, 255c aus
unterschiedlichen Materialzusammensetzungen aufgebaut, solange eine
Materialentfernung während
eines gemeinsamen Ätzprozesses
erreichbar ist. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen
sind der erste und der zweite Abstandshalter 255b, 255c aus
einem Material aufgebaut, das ein ähnliches Ätzverhalten aufweist, etwa Siliziumdioxid
oder ähnliche
Materialien, während
die Beschichtungsmaterialien 255f, 255e aus einem
beliebigen geeigneten Material hergestellt sind, das eine hohe Ätzselektivität in Bezug
auf die Abstandshalter 255b, 255c aufweist. In
diesem Falle können beispielsweise
die Beschichtungen 255f, 255e aus Siliziumnitrid
aufgebaut sein, während
die Abstandshalter 255e, 255c aus Siliziumdioxid
aufgebaut sind. In ähnlicher
Weise kann der Versatzabstandshalter 255a aus einem beliebigen
geeigneten Material hergestellt sein, das in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
ein ähnliches Ätzverhalten
im Vergleich zu den Beschichtungsmaterialien 255f, 255e aufweist.
Es sollte ferner beachtet werden, dass in der gezeigten Fertigungsphase
eine obere Fläche 253f der
Gateelektrode 253 sowie Bereiche der Drain- und Sourcegebiete 251a, 251b,
die nicht durch ihre jeweiligen Abstandshalterstrukturen 255 bedeckt
sind, frei liegen. In anderen Fällen,
wie dies beispielsweise für das
Bauelement 100 gezeigt ist, das mit Bezug zu der 1a beschrieben
ist, können
die jeweiligen Beschichtungsmaterialien oder Reste davon noch auf
der Oberfläche 253c und
den freiliegenden Bereichen der Halbleiterschicht 202 vorhanden
sein.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, wobei eine Opferschicht 210 über den
Transistoren 250a, 250b auf der Grundlage eines
Abscheideprozesses 211 hergestellt wird, der in einer anschaulichen
Ausführungsform
so gestaltet ist, dass die Opferschicht 210 in einer sehr
konformen Weise mit einer geeigneten Dicke vorgesehen wird, die
im Bereich von ungefähr
5 bis 20 nm liegt.
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Es
können
jedoch auch andere Dickenwerte in anderen Ausführungsformen eingesetzt werden. Beispielsweise
kann der Abscheideprozess 211 ein CVD-(chemische Dampfabscheide-)Prozess
sein, etwa ein thermisch aktiver CVD-Prozess, ein plasmaunterstützter CVD-Prozess,
und dergleichen. Die Materialzusammensetzung der Opferschicht 210 kann
in einigen Ausführungsformen
so gewählt
werden, dass eine vergleichbare Ätzrate
während
eines nachfolgenden Ätzprozesses
in Bezug auf die Beschichtungsmaterialien 255e, 255f und
den Versatzabstandshalter 255a erhalten wird. Beispielsweise
ist in einer anschaulichen Ausführungsform
die Opferschicht 210 aus Siliziumdioxid aufgebaut, das
auf der Grundlage gut etablierter Abscheiderezepte hergestellt werden
kann. In anderen Fällen
ist die Opferschicht 210 aus Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid,
und dergleichen aufgebaut. In einigen Fällen kann es, wie zuvor erläutert ist,
vorteilhaft sein, das Material der Schicht 210 mit im Wesentlichen
dem gleichen Ätzverhalten
wie die Beschichtungsmaterialien 255e, 255f und
der Abstandshalter 255a vorzusehen, wenn eine nachfolgende Ätzumgebung
eine hohe Ätzselektivität in Bezug
auf Silizium und auch für
Material der Abstandshalter 255b und 255c aufweist,
da in diesem Falle eine verbesserte Prozessgleichmäßigkeit
während
des Ätzens
eines oberen Bereichs der Abstandshalterstruktur 255 erreicht
werden kann. In anderen Fällen
wird, wenn der entsprechende später auszuführende Ätzprozess
eine hohe Selektivität
in Bezug auf Siliziummaterial aufweist, während eine Selektivität zwischen
den Materialien der Abstandshalter 255b, 255c einerseits
und den Beschichtungen 255f, 255e und dem Abstandshalter 255a andererseits
weniger ausgeprägt
ist, die Opferschicht 210 in Form eines geeigneten Materials
vorgesehen, das ein ähnliches Ätzverhalten
aufweist, wie eines der Materialien der Abstandshalterstruktur 255.
In diesem Falle bietet die Opferschicht 210 eine verbesserte
Oberflächengleichmäßigkeit
auf der Abstandshalterstruktur 255, unabhängig von
Unregelmäßigkeiten,
die während
der vorhergehenden Bearbeitung erzeugt wurde, etwa bei Ätzprozessen,
Implantationsprozessen, und dergleichen.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines Ätzprozesses 212,
der so gestaltet ist, dass er eine hohe Selektivität in Bezug
auf das Material der Gateelektrode 253 und der Drain- und
Sourcegebiete 251a, 251b aufweist. In einer anschaulichen
Ausführungsform
ist der Ätzprozess 212 als
ein plasmaunterstützter Ätzprozess
vorgesehen, wobei Prozessparameter, etwa die Vorspannungsleistung,
der Anteil an Polymersorten und dergleichen, so eingestellt wird,
dass ein im Wesentlichen isotropes Ätzverhalten erreicht wird.
Zu diesem Zweck werden gut etablierte Ätzrezepte eingesetzt, wie sie
beispielsweise für
Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, und dergleichen verfügbar sind,
wobei die gewünschte
hohe Selektivität
in Bezug auf Siliziummaterial erreicht wird. Auf Grund der Anwesenheit der
Opferschicht 210 sind die Anfangsbedingungen des Ätzprozesses 212 sehr
gleichmäßig, da
entsprechende Oberflächenunregelmäßigkeiten
während des
vorhergehenden Abscheideprozesses 211 „ausgeglichen" werden können. Während des Ätzprozesses 212 wird
zunehmend Material der Schicht 210 effizient entfernt,
um beim Freilegen der Abstandshalterstruktur 255 wird das
Material der Versatzabstandshalter 255a und der Beschichtungen 255f, 255e entfernt,
wobei auch ein gewisses Maß an
Material der Abstandshalter 255b, 255c entfernt
wird, selbst wenn die Chemie des Ätzprozesses 212 eine geringere Ätzrate in
Bezug auf das Material der Abstandshalter 255b, 255c aufweist.
Somit kann auf Grund der sehr gleichmäßigen Prozessbedingungen ein
oberer Bereich 255u der anfänglichen Abstandshalterstruktur 255 in
einer gut steuerbaren Weise während
des Ätzprozesses 212 entfernt
werden, wodurch ein oberer Bereich oder eine Oberfläche 255s des
Abstandshalterelements 255b freigelegt wird. Ferner führt die
Prozessgleichmäßigkeit,
die durch die Operschicht 210 geschaffen wird, auch zu
einer verbesserten Prozessgleichmäßigkeit über das gesamte Substrat 201 hinweg,
wodurch die entsprechenden oberen Bereiche oder Oberfläche 255s der Transistorelemente 250a, 250b in
einer gleichmäßigen Weise
freigelegt werden. Somit kann der Ätzprozess 212 auf
der Grundlage einer geeigneten Ätzzeit ausgeführt werden,
um damit die Opferschicht 210 im Wesentlichen vollständig von
Oberflächenbereichen der
Abstandshalterelemente 255c zu entfernen, wobei dennoch
die Größe des entfernten
Bereichs 255u mit einem hohen Maß an Gleichmäßigkeit über das gesamte
Substrat 201 hinweg eingestellt werden kann. In einigen
Fällen
wird ein entsprechender Reinigungsprozess in einer abschließenden Phase
des Ätzprozesses 212 ausgeführt oder
der Reinigungsprozess wird als ein separater Schritt ausgeführt, um damit
Reste der Opferschicht 210 von freiliegenden Oberflächenbereichen
des Abstandshalters 255c und auch von der Oberfläche 255s zu
entfernen.
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In
einigen anschaulichen Ausführungsformen
umfasst der Ätzprozess 212 einen
nasschemischen Ätzschritt
mit einer hohen Selektivität
in Bezug auf die Gateelektroden 253 und die Drain- und
Sourcegebiete 251a, 251b. Z. B. können Flusssäure (HF) oder
gut etablierte nasschemische Reinigungsrezepte angewendet werden,
wenn die Opferschicht 210 im Wesentlichen aus Siliziumdioxid
aufgebaut ist.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Herstellungsphase. Wie gezeigt, ist das Bauelement 200 in einer
Umgebung eines weiteren Ätzprozesses 213, der
so gestaltet ist, dass Material der Abstandshalter 255b, 255c in
Bezug auf das Material der Gateelektrode 253, der Halbleiterschicht 202 und
auch in Bezug auf das Material der Beschichtungen 255f, 255e entfernt
wird. Beispielsweise kann der Ätzprozess 213 ein
nasschemischer Ätzprozess
auf der Grundlage heißer
Phosphorsäure
sein, wenn die Abstandshalter 255b, 255c aus Siliziumnitridmaterial
aufgebaut sind. In anderen Fällen
wird der Ätzprozess 213 auf
der Grundlage von Flusssäure
durchgeführt, wenn
die Abstandshalter 255b, 255c aus Siliziumdioxid
aufgebaut sind, während
die Beschichtungen aus siliziumnitridbasiertem Material hergestellt
sind. Auf Grund des im Wesentlichen vollständigen Freilegens des äußeren Abstandshalters 255c kann
dessen Material effizient während
des Ätzprozesses 213 abgetragen
werden, während
auch ein gewisses Maß an
Materialabtrag an dem inneren Abstandshalter 255b auftritt,
wobei dies jedoch auf Grund des Einschlusses durch die Beschichtungsmaterialien 255f und 255e nur über die
zuvor freigelegte Oberfläche 255s stattfinden
kann, wodurch eine deutlich geringere Abtragsrate im Vergleich zu
dem Material des äußeren Abstandshalters 255c erreicht
wird. Somit können
während
des Prozesses 213 die Abstandshalter 255b, 255c gemeinsam
geätzt
werden, wobei jedoch der äußere Abstandshalter 255c im
Wesentlichen vollständig
entfernt wird, während
ein merklicher Anteil des inneren Abstandshalters 255b dennoch
beibehalten wird. Auf Grund der sehr gleichförmigen Freilegung der Oberfläche 255s,
wie dies zuvor erläutert
ist, und auf Grund der deutlich geringeren Abtragsrate für den Abstandshalter 255b ist
der Ätzprozess 213 gut
steuerbar, so dass der äußere Abstandshalter 255c in
zuverlässiger
Weise entfernt werden kann und danach eine gesteuerte „Nachätzzeit" vorgesehen werden
kann, um damit die gewünschte
endgültige
Höhe oder
Größe des inneren Abstandshalters 255r einzustellen.
Geeignete Prozessparameter, etwa die Ätzzeit für den Prozessor 213 in
Verbindung mit der Sequenz zum Freilegen der oberen Oberfläche 255s können effizient
auf der Grundlage entsprechender Testläufe ermittelt werden.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es in einer
reaktiven Umgebung eines Reinigungsprozesses 214 enthalten
ist, der so gestaltet ist, um Reste von der Abstandshalterstruktur 255 und
freiliegenden Bereichen der Halbleiterschicht 202 zu entfernen,
um die siliziumbasierten Materialien der Gateelektrode und der Drain-
und Sourcegebiete 251a, 251b für die Herstellung eines Metallsilizids
vorzubereiten. Der Prozess 214 kann so gestaltet sein,
dass selektiv Material des Versatzabstandshalters 255a in
Kombination mit Resten der Beschichtung entfernt werden, wodurch
in effizienter Weise ein Teil der Seitenwand 253s der Gateelektrode
freigelegt wird, wobei das Ausmaß der Freilegung im Wesentlichen
durch die Größe des reduzierten Abstandshalters 255r bestimmt
ist. Der Prozess 214 kann auf der Grundlage gut etablierter
Rezepte ausgeführt
werden, wie sie auch in konventionellen Techniken zur Vorbereitung
von siliziumbasierten Oberflächenbereichen
für einen
nachfolgenden Silizidierungsprozess eingesetzt werden.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, sind Metallsilizidgebiete 204 in
den Gateelektroden 253 gebildet und es sind Metallsilizidgebiete 205 in
den Drain- und Sourcgebieten 251a, 251b gebildet.
Auf Grund des größeren freiliegenden
Oberflächenbereichs
der siliziumbasierten Halbleitermaterialien kann das Metallsilizidgebiet 205 einen
größeren Bereich
einnehmen und kann daher näher
an den jeweiligen Kanalgebieten 252 angeordnet werden.
Somit wird ein geringerer Reihenwiderstand in den jeweiligen Transistoren 250a, 250b und
auch ein größerer „Mündungsbereich" für entsprechende
Kontaktöffnungen
erreicht. In ähnlicher
Weise kann sich das Metallsilizid 204 in der Gateelektrode 253 entlang
der zuvor freiliegenden Seitenwandbereiche 253s erstrecken,
wodurch ein deutlich größerer Anteil
an Metallsilizid im Vergleich zu konventionellen Bauelementen, etwa
dem in 1b gezeigten Bauelement 100,
erhalten wird, in denen lediglich die obere Fläche von Metallsilizid eingenommen
wird. Die Metallsilizide 204, 205 können auf
der Grundlage gut etablierter Rezepte hergestellt werden, wobei
der reduzierte Abstandshalter 255r für ausreichende Prozesssicherheiten
sorgt, um damit das Erzeugen von Kurzschlüssen zwischen den Gateelektroden 253 und
den jeweiligen Drain- und Sourcegebieten 251a, 251b zu
vermeiden.
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2g zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Herstellungsphase, in der ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 206 über den
Transistoren 250a, 250b gebildet ist, wobei ein Ätzstoppmaterial – in der gezeigten
Ausführungsform
ist dieses in Form einer ersten Ätzstoppschicht 203 und
einer zweiten Ätzstoppschicht 203b vorgesehen – zwischen
dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 206 und den
jeweiligen Transistorbauelementen 250a, 250b angeordnet
ist. Wie ferner gezeigt ist, weisen die Ätzstoppschichten 203a, 203b,
möglicherweise
in Verbindung mit Teilen des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 206,
einen hohen inneren Verspannungspegel auf, der gestaltet ist, um
eine gewünschte
Art an Verformung in den jeweiligen Kanalgebieten 252 hervorzurufen,
wie dies zuvor auch erläutert
ist. Beispielsweise kann der Transistor 250a darüber ausgebildet
die Ätzstoppschicht 203a und
möglicherweise
weitere Material schichten des Materials 206 aufweisen,
die eine hohe innere Verspannung aufweisen, um damit eine kompressive
Verformung in dem Kanalgebiet 252 hervorzurufen. Zum Beispiel kann
die erste Ätzstoppschicht 203a in
Form von Siliziumnitridmaterial, einem stickstoffangereichertem Siliziumkarbidmaterial
und dergleichen vorgesehen werden, das eine hohe kompressive Verspannung von
ungefähr
2 Gigapascal (GPa) und mehr aufweist. In ähnlicher Weise kann der zweite
Transistor 250b die zweite Ätzstoppschicht 203b mit
einer hohen inneren Zugverspannung aufweisen, wobei weitere Materialschichten
mit einer inneren Zugverspannung vorgesehen sein können. Z.
B. kann die zweite Ätzstoppschicht 203b in
Form von Siliziumnitrid mit einer inneren Zugverspannung von 1 GPa
und mehr vorgesehen werden.
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Die Ätzstoppschichten 203a, 203b und
das dielektrische Zwischenschichtmaterial 206 können auf
der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden,
wozu moderne Abscheide- und Strukturierungsschemata gehören und
wobei, auf Grund der Reduzierung der anfänglichen Abstandshalterstruktur 255 zur
Bildung des reduzierten Abstandshalters 255r, die Anforderungen
an entsprechende Abscheideverfahren zur Herstellung der ersten und
der zweiten verspannten Ätzstoppschicht 203a, 203b deutlich
geringer sind. Somit können
die Schichten 203a, 203b möglicherweise mit einer größeren Dicke
vorgesehen werden, wobei zusätzlich das
stark verspannte Material näher
an den Kanalgebieten 252 angeordnet werden kann, wodurch
der Gesamtverspannungsübertragungsmechanismus verbessert
wird. Nach dem Herstellen des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 206 wird
eine entsprechende Kontaktöffnung 207 auf
der Grundlage gut etablierter Herstellungsverfahren gebildet, die
somit dann einen weniger ausgeprägten
verspannungsrelaxierenden Effekt auf Grund des reduzierten Abstandshalters 255r und
damit einer größeren Menge
des verspannten Materials besitzt, wie dies zuvor erläutert ist.
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Folglich
können
verbesserte Dotierstoffprofile für
die Drain- und Sourcegebiete 251a, 251b auf der
Grundlage einer Struktur mit mehreren Abstandshaltern, etwa einer
Dreifach-Abstandshalterstruktur erreicht
werden, wobei dennoch eine erhöhte
Gateleitfähigkeit,
eine bessere Leitfähigkeit
des Drain/Source-Leitungsweges in Verbindung mit einem verbesserten
Verspannungsübertragungsmechanismus
erreicht werden können.
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In
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
wird ein im Wesentlichen gleichmäßiges Prozessverhalten
im Hinblick auf das Reduzieren der anfänglichen Abstandshalterstruktur 255 für beide
Transistoren 250a, 250b erreicht. In anderen Fällen kann es
vorteilhaft sein, die Höhenreduzierung
der entsprechenden Abstandshalterstrukturen 255 individuell
zu steuern, was erreicht werden kann, indem eine geeignet gestaltete Ätzmaske,
beispielsweise während
des Ätzprozesses 213,
vorgesehen wird. In diesem Falle kann eine Lackmaske oder ein anderes
geeignetes Maskierungsmaterial beispielsweise während einer anfänglichen
Phase des Ätzprozesses 213 über einem
der Transistoren vorgesehen werden und kann nach einer gewissen Ätzzeit entfernt
werden. Während
des restlichen Ätzprozesses
kann das äußerste Abstandshalterelement
des zuvor abgedeckten Transistors ebenfalls vollständig entfernt werden,
während
die Reduzierung der Größe des entsprechenden
inneren Abstandshalters weniger ausgeprägt im Vergleich zu dem nicht
abgedeckten Transistorelement ist.
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Mit
Bezug zu den 3a und 3b werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in
denen das Freilegen des inneren Abstandshalterelements, d. h. das
Entfernen eines oberen Bereichs der Abstandshalterstruktur, zusätzlich oder
alternativ auf der Grundlage eines Polierprozesses ausgeführt wird.
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3a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 300 mit einem ersten
Transistor 350a und einem zweiten Transistor 350b,
die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen, wie dies
mit Bezug zu den Bauelementen 100 und 200 beschrieben ist.
Entsprechende Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen
benannt, mit Ausnahme der ersten Ziffer, die eine „3" im Vergleich zu
einer „1" oder einer „2" für die Bauelemente 100 und 200 ist. Folglich
wird eine entsprechende Beschreibung dieser ähnlichen Komponenten weggelassen.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform
enthält
die Gateelektrode 353 der Transistoren 350a, 350b eine
Deckschicht 308, die aus Siliziumnitrid und dergleichen
aufgebaut sein kann, und die beispielsweise während des Strukturierens der
Gateelektrode 353 hergestellt wird. Folglich ist die Abstandshalterstruktur 355 auf
der Grundlage der kombinierten Höhe
der Gateelektrode 353 mit der Deckschicht 308 gebildet.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann die Deckschicht 308 weggelassen werden und die Gateelektrode 353 wird
mit einem gewissen Maß an Überschusshöhe hergestellt,
um damit einen entsprechenden Materialverlust in einer nachfolgenden
Fertigungsphase zu berücksichtigen,
wie dies mit Bezug zu 3b erläutert ist.
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Das
Bauelement 300 aus 3a umfasst ferner
eine Opferschicht 310, die in einer sehr nicht-konformen
Weise vorgesehen ist, um damit die Transistoren 350a, 350b einzuschließen. Beispielsweise
wird die Opferschicht 310 in Form eines Polymermaterials
bereitgestellt, das durch Aufschleuderverfahren in einer sehr nicht-konformen
Weise aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der Opferschicht 310 kann
dessen Material in einer geeigneten Weise behandelt werden, beispielsweise
durch Wärme, Strahlung,
und dergleichen, um damit das Material auszuhärten und um diesen eine größere mechanische
Stabilität
für die
Schicht 310 zu erhalten.
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3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 während eines
Abtragungsprozesses 312, der einen chemisch-mechanischen
Polier-(CMP)Prozess enthält,
während
welchem die Opferschicht 310 zunehmend abgetragen wird,
wodurch die Deckschicht 308 und die Abstandshalterstruktur 355 freigelegt
werden, wobei in dem weiteren Prozessschritt die Deckschicht 308 und
ein oberer Bereich 355u der Abstandshalterstruktur 355 entfernt
werden, während
der Rest der Opferschicht 310 für die mechanische Integrität des Bauelements 300 sorgt.
Folglich wird eine obere Fläche 355s des inneren
Abstandshalters 355b in einer gut steuerbaren Weise und
mit hoher Gleichmäßigkeit über das gesamte
Substrat 301 hinweg freigelegt. Danach wird die verbleibende
Opferschicht 310 durch einen beliebigen geeigneten selektiven Ätzprozess
auf der Grundlage gut etablierter Rezepte entfernt, oder diese wird
auch durch andere Verfahren entfernt, etwa eine Wärmebehandlung,
und dergleichen, wodurch auch das äußere Abstandshalterelement 355c freigelegt
wird, Als nächstes
wird die weitere Bearbeitung auf der Grundlage eines sehr selektiven Ätzprozesses
fortgesetzt, um den äußeren Abstandshalter 355c und
einen Bereich des inneren Abstandshalters 355b in einem
gemeinsamen Prozess zu entfernen, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Ätzprozess 213 beschrieben
ist.
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Folglich
wird auch in diesem Falle ein hohes Maß an Prozessgleichmäßigkeit
während
des Reduzierens der anfänglichen
Abstandshalterstruktur 355 erreicht, wodurch die gleichen
Vorteile erreicht werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben
sind.
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Es
gilt also: die vorliegende Offenbarung stellt Halbleiterbauelemente
bereit mit einem oder mehreren Transistorelementen, die ein anspruchsvolles
Dotierstoffprofil in den Drain- und Sourcegebieten besitzen, wobei
diese Profile auf der Grundlage einer Struktur mit mehreren Abstandshaltern
geschaffen werden und wobei die laterale Größe dieser Abstandshalterstruktur
und deren Höhe
in effizienter Weise vor dem Bilden von Metallsilizidgebieten reduziert
werden kann, wodurch auch Seitenwandbereiche der Gateelektrode freigelegt
werden. Somit sorgt die größere Menge
an Metallsilizid in der Gateelektrode sowie in den Drain- und Sourcegebieten
für eine
größere Leitfähigkeit
dieser Komponenten, wobei auch sehr verspanntes dielektrisches Material
näher an
den jeweiligen Kanalgebieten angeordnet werden kann. Dies wird bewerkstelligt,
indem ein oberer Bereich oder eine Oberfläche eines inneren Abstandshalters
unter Anwendung einer Opfermaterialschicht freigelegt wird, die
dann durch einen Ätzprozess
und/oder einen CMP-Prozess in eine gut steuerbaren Weise entfernt
wird. Danach werden der äußerste Abstandshalter
und Material des inneren Abstandshalters in einem gemeinsamen Ätzprozess entfernt,
wobei die geringere Ätzrate
des inneren Abstandshalters für
ein hohes Maß an
Steuerbarkeit sorgt, wodurch ein effizientes Einstellen des Grades an
Freilegung der Gateseitenwände
möglich
ist.
-
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.